Roping Grad charakterisieren

Roping ist eine Oberflächenstrukturierung auf Aluminiumblechen (Al). Dieser Effekt wird durch den Walzprozess verursacht und tritt dann bei der Blechumformung zu Tage. Ein verwandtes Qualitätsproblem ist die “Orangenhaut”, was ebenfalls eine unerwünscht wellige Oberfläche im Lack beschreibt. Roping kann durch großflächige Messungen mit 3D-Oberflächenmesstechnik von Polytec berührungslos und reproduzierbar  charakterisiert werden kann.

Quantifizieren von Oberflächenfinish und Orangenhaut: Verschiedene Roping Klassifizierungen anhand des Sa Parameters
Quantifizieren von Oberflächenfinish und Orangenhaut: Verschiedene Roping Klassifizierungen anhand des Sa Parameters

Roping stört die Optik von Aluminiumblechen für Karrosserieteile

Aluminium ermöglicht effiziente Leichtbaukonstruktionen und stellt eine innovative Lösung zur Gewichtsreduzierung im Automobilbau dar. Folglich steigt die Nachfrage nach Aluminiumlegierungen für Anwendungen, bei denen das Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht entscheidend ist, rapide an. Die Aluminiumhersteller beliefern den Markt mit rohen Aluminiumlegierungen, die noch gewalzt, gestreckt und in die entsprechende Form gepresst werden. Durch das Umformen wird das Korngefüge der Legierungen beeinflusst, was zu einer erhöhten Oberflächenrauheit und auch einem "Orangenhaut" ähnlichen Erscheinungsbild führen kann.

Die Ropingstruktur bildet sich parallel zur Walzrichtung und senkrecht zur Richtung des Streckvorgangs aus
Die Ropingstruktur bildet sich parallel zur Walzrichtung und senkrecht zur Richtung des Streckvorgangs aus

Ursache von Ropingstrukturen

Unter bestimmten Bedingungen kann die Oberflächenrauheit größere linien- oder seilartigen Strukturen aufweisen, die im Walzprozess parallel zur Walzrichtung und senkrecht zur Streckrichtung des Blechs auftreten. Typischerweise sind die Strukturen zwischen 0,2 und 2 mm breit und zwischen 10 und 30 mm lang. Diese Roping-Strukturen sind optische Makel und gelten als Qualitätsmangel an Karosserieteilen.

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Topographien mit unterschiedlichen Texturen: Der Ropinggrad von 0,41 gehört zur Ropingklasse 0,5;
Topographien mit unterschiedlichen Texturen: Der Roping Grad von 0,41 gehört zur Roping Klasse 0,5;
Topographien mit unterschiedlichen Texturen: Roping Grad von 1,0 gehört zur Roping Klasse 3,0
Topographien mit unterschiedlichen Texturen: Roping Grad von 1,0 gehört zur Roping Klasse 3,0
Topographien mit unterschiedlichen Texturen: Der Ropinggrad von 0,41 gehört zur Ropingklasse 0,5;
Topographien mit unterschiedlichen Texturen: Der Roping Grad von 0,41 gehört zur Roping Klasse 0,5;
Topographien mit unterschiedlichen Texturen: Roping Grad von 1,0 gehört zur Roping Klasse 3,0
Topographien mit unterschiedlichen Texturen: Roping Grad von 1,0 gehört zur Roping Klasse 3,0

Bestimmung des Roping-Grades anhand des Sa Parameters

Nach dem Walzen und Strecken eines Aluminiumblechs erhöhen sich die Rauheitskennwerte der Oberfläche durch das Auftreten der Ropingstrukturen. Die flächenbezogenen S-Texturparameter (d. h. Sa, Sq) gemäß der Norm ISO 25178 dienen der Charakterisierung dieser veränderten Oberflächenrauheit. Hotz et al. veröffentlichten ihre Ergebnisse zur Charakterisierung anhand des Sa Parameters, welcher die durchschnittliche Abweichung vom Niveau der kleinsten Quadrate beschreibt und dem Ra-, Wa- oder Pa-Parameter für die Liniencharakterisierung entspricht. Im Allgemeinen sind die flächenhaften S-Texturparameter für skalenbegrenzte Oberflächen definiert. Die Norm ISO 25178 lässt jedoch anwendungsorientierte Skalenbegrenzungen für die Berechnung der S-Texturparameter zu. Da Roping-Bilder typischerweise eine Breite von mehreren Millimetern aufweisen, kann der Sa-Parameter über skalenbegrenzte Strukturgrößen berechnet werden.

1 W. Hotz, R. Müller, J. Timm, “Ropingmessung an Aluminium-Automobilaussenhautblech”, Tagungsband Werkstoffprüfung 2009: Fortschritte der Kennwertermittlung für Forschung und Praxis, eds. M. Borsutzki, S. Geisler, Stahleisen Verlag, Düsseldorf (2009) 365–370.

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Aluminiumoberfläche Wsa(1-5): 0,81 μm, Wa 08: 1,23 μm, Ropinggrad: 3,41, Topographie gemessen mit einem Polytec-Weißlichtinterferometer gemäß VDEh Guideline SEP 1941
Aluminiumoberfläche Wsa(1-5): 0,81 μm, Wa 08: 1,23 μm, Ropinggrad: 3,41, Topographie gemessen mit einem Polytec-Weißlichtinterferometer gemäß VDEh Guideline SEP 1941

Ropinggradbestimmung durch Abdrücke

Ein zweiter Ansatz zur Roping-Bestimmung geht auf die Empfehlung VDA 239-400 des Verbandes der Automobilindustrie zurück, die einen Abdruck der Oberfläche zugrunde legt. Die Abdruckmethode hat Ähnlichkeiten mit der Kopie einer Kreditkarte mit exponierten Schriftzeichen, indem man ein Papier über die Strukturen legt und mit einem Bleistift reibt, um das Relief abzupausen: Tiefe Bereiche bleiben hell, hohe Bereiche werden dunkel. Mit einem speziell präparierten Klebeband wird ein Abdruck genommen und mit 300 dpi in ein Graubild transferiert. Bei dieser Auflösung werden die kleinen irrelevanten Strukturen (Rauheit) herausgefiltert. Die Graustufenwerte repräsentieren die Höheninformation. Das Graubild wird per Software ausgewertet, die den Ropinggrad anhand der Norm von 0 (kein Roping) bis 9 (sehr starke Ropingstrukturen) berechnet. Dieser Ansatz scheint einfach, ist aber arbeitsintensiv , etwas ungenau und fehleranfälliger. Diese Nachteile umgehen die TopMap-Weißlichtinterferometer von Polytec zur optischen 3D-Oberflächencharatkerisierung.

Um sicherzustellen, dass die Messergebnisse mit dem VDA-Standard vergleichbar sind, verfügen die TopMap 3D Profilometer über einen Algorithmus zur Aufbereitung und zum Export der Daten zur Weiterverarbeitung und Bestimmung des Roping. Darüber hinaus berechnet die integrierte Mess- und Analysesoftware den RK-Parameter nach VDA 239-400.

Machbarkeitsstudie und Charakterisierung von Roping

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